JPH0640734B2 - ステツプモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータの停止位置を精度よく一定に、かつ強力
に保持させるようにしたディテントトルクの大きいＰＭ
（永久磁石）形のステップモータに関するもので、例え
ば自動車用各種制御装置の制御対象の駆動装置として用
いて好適なものである。

〔従来の技術〕

従来周知のＰＭ形ステップモータは、ロータの回転運動
をねじ等によって軸の直線運動に変換するために、第１
図に示すような構造を有する。

第１図において、１はコップ状の第１ハウジング、２は
円板上の第２ハウジングで、両者はビス３によって相互
に一体に固定されモータの外殻をなしている。４はロー
タで、その外周部円周方向に筒状の永久磁石５を配置
し、内周部にはめねじ６が形成されている。また、ロー
タ４の両端には軸８の軸方向移動を制限するストッパ面
７ａ，７ｂが設けられている。前記めねじ６には軸８に
設けられたおねじ９がかみあうようになっている。

また、軸８には間隔を置いて２個のストッパピン１０，
１１が設けられていて、ロータ４の両端のストッパ面７
ａ，７ｂがストッパピン１０，１１と係止するようにな
っているので、軸８の軸方向移動可能長さはロータ４の
ストッパ面７ａとストッパピン１０が係止する位置か
ら、ロータ４に設けたストッパ面７ｂと軸８のストッパ
ピン１１が係止する位置までである。

ロータ４の両端には軸受１２，１２′が設けられ、この
軸受１２，１２′を介してロータ４は第１ハウジング１
および第２ハウジング２にそれぞれ回転自在に保持され
ている。軸８は各ハウジング１，２に固定されている焼
結含油軸受１３，１３′により回転自在に保持されてい
る。ロータ４の外周側には空隙１４をへだてて固定子極
となるステータコア１５，１５′が設けられ、第１ハウ
ジング１に固定されている。このステータコア１５，１
５′の内側にはボビン１６により絶縁されたステータの
励磁コイル１７，１７′が巻装されている。

前記２個のステータコア１５，１５′は、励磁コイル１
７側および励磁コイル１７′側でそれぞれ一対の組み合
わせられて、ロータ４の永久磁石５の外周囲に、第１列
と第２列との２列のコアを形成している。そして、ステ
ータコア１５，１５′の内周部には後述する第５図図示
の磁極歯２１，２２又は２３，２４が交互に曲げ形成さ
れている。

前記励磁コイル１７，１７′は第２図に示すごとく中間
タップが設けられ、４相に結線されており、さらに第３
図に示すような駆動回路のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４
のコレクタに接続され、このトランジスタＴＲ１〜ＴＲ
４により定められた順序通りに励磁コイル１７，１７′
の通電電流をＯＮ−ＯＦＦすることによりロータ４がス
テップ的に回転して、ロータ４のめねじ６と軸８のおね
じ９とのかみあいを介して軸８は前進又は後退の直線運
動を行う。

励磁の方法は、２相励磁の場合、第４図に示すタイミン
グにて励磁が行われ、ロータ４の回転数はタイミングの
時間間隔ｔによって決定される。また、励磁コイル１
７，１７′の励磁は、ロータ４の回転時，停止時にかか
わらず常時行なわれるのが一般的であり、この場合は停
止時のロータ４の保持トルク（ホールディングトルク）
は強力であるが、その代りトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４
は連続通電に耐え、かつ自己発熱による破壊に耐えるも
のが必要となるため、大型のトランジスタを使用する必
要が生じる。さらに、停止時においても励磁コイル１
７，１７′は通電され続けるので、余分な電力を消費し
ていることになる。

このため、ロータ４の回転時のみ励磁コイル１７，１
７′の励磁を行い、ロータ４の停止時には全て励磁コイ
ル１７，１７′の励磁も停止させる方式を採用して、ト
ランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の発熱低減，電力消費の低減
を図ることを本発明者は試みた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、例えば自動車のエンジンへの吸入空気量を制
御するバルブの駆動装置に、このようなステップモータ
を採用した場合、ステップモータの停止時において、エ
ンジンの振動によりロータ４が回転してしまうという問
題が生じた。この問題の原因について本発明者が検討し
たところ、励磁コイル１７，１７′の励磁が停止される
と、ステータコア１５，１５′のＮ，Ｓ極が消滅し、単
なる強磁性体となるため、ロータ４の永久磁石５による
磁性体の吸引力（ディテントトルク）だけになるが、従
来モータでは第５図に示すごとくステータコア１５，１
５′の磁極歯２１と２２、及び磁極歯２３と２４の間隔
（磁極歯中心線間の間隔）が等間隔２Ｗになっており、
かつ永久磁石５に着磁されたＮ極とＳ極の幅がそれぞれ
２Ｗで均等になっており、その結果前記永久磁石５の吸
引力によるロータ保持力（ディテントトルク）が比較的
小さな値になってしまうことがわかった。

このことについて、更に詳述すると、第５図は永久磁石
５及びテータコア１５，１５′の磁極歯２１，２２，２
３，２４の円周方向の配列を模式的に示すものであっ
て、ステータコア１５，１５′の磁極歯２１，２２側の
列（第１列）及び磁極歯２３，２４側の列（第２列）の
いずれにおいても、これらの歯は等間隔２Ｗに配列さ
れ、かつ永久磁石５のＮ極，Ｓ極の幅も均等２Ｗになっ
ているので、ステータコア１５，１５′の第１列側では
磁極歯２１，２２にそれぞれＮ極とＳ極の両方が誘起さ
れ、これらの歯２１，２２では磁束が打ち消し合う。よ
って、第１列の磁極歯２１，２２は実質上、ディテント
トルクの発生に寄与しない。そして、第２列の磁極歯２
３，２４に誘起されるＮ極，Ｓ極のみがディテントトル
クの発生に寄与するだけである。

このように、従来構造では、第１列側の磁極歯２１，２
２がディテントトルクの発生に有効に機能しないため、
ロータ保持力が比較的小さな値になってしまい、その結
果外部からの振動等によりロータ４が回転してしまうの
である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、永久磁石
に磁化されるＮ極，Ｓ極の幅を意図的にずらすことによ
って、励磁コイル消勢時のロータ・ステータコア間の保
持力（ディテントトルク）を向上させることができるス
テップモータを提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、 外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて成る筒状の永
久磁石を持ったロータと、 このロータを自身の内部に回転自在に保持するハウジン
グと、 このハウジングの内周壁と前記ロータの外周との間に設
けられ、前記ロータの外周面の永久磁石のＮ極又はＳ極
に対し一定の空隙を介して対向配置された多数の磁極歯
を持つステータコアと、 このステータコア内に巻装され、前記磁極歯を磁化させ
て前記ロータをステップ状に駆動する励磁コイルとを備
え、 かつ、前記ステータコアの磁極歯は、前記ロータの永久
磁石の外周囲に第１列と第２列との２列に分かれて前記
ロータを取り巻くように円周方向に配列されており、 前記ステータコアの各列を構成する前記磁極歯は、前記
ロータの円周方向において、隣接する磁極歯が互いに等
間隔で配列されており、 更に前記永久磁石のＮ極とＳ極の合計幅が前記隣接する
磁極歯の中心線間の間隔（２Ｗ）の２倍（４Ｗ）に設定
されているとともに、 前記永久磁石のＮ極の幅が、 ２Ｗ＜Ｎ極の幅＜４Ｗ 又は０＜Ｎ極の幅＜２Ｗの範囲に設定されているという
技術的手段を採用する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について説明する。

第１図に示したものは、本発明の実施例を具体的に説明
するために図示した例えば２４ステップ／回転モータで
あり、ステータコア１５，１５′は前述したように、励
磁コイル１７側及び励磁コイル１７′でそれぞれ一対に
組み合わされて、ロータ４の永久磁石５の外周上に２列
のコアを形成しており、この２列のステータコア１５，
１５′の内周部には、永久磁石５のＮ極又はＳ極に対し
一定の空隙１４を介して対向配置されロータ４の円周方
向に列をなす多数の磁極歯２１，２２，２３，２４が一
体に曲げ形成されている。

この磁極歯２１〜２４の配列は、第６図に示すごとく、
第１列（第１図では左側の列）の磁極歯２１，２２、お
よび第２列（第１図では右側の列）側の磁極歯２３，２
４のいずれにおいても、ロータ４の円周方向において隣
接する磁極歯が互いに等間隔（２Ｗ）に配設されてい
る。ここで、間隔２Ｗは隣接する磁極歯の中心線間の間
隔である。

一方、ロータ４の永久磁石５に磁化されるＮ極とＳ極の
合計幅は、第６図に示すごとく、上記した隣接する磁極
歯（２１，２２又は２３，２４）の中心線間の間隔２Ｗ
の２倍（４Ｗ）に設定されている。

そして、永久磁石５のＮ極とＳ極の幅は、上記４Ｗの範
囲内で、均等でなく意図的にずらして設定するようにな
っており、第６図の例ではＮ極の幅をＳ極より大きくし
てある。

すなわち、第６図の例では、永久磁石５のＮ極の幅が２
Ｗ＜Ｎ極の幅＜４Ｗの範囲に設定してある。

本発明では、永久磁石５のＮ極とＳ極の幅を意図的にず
らす点に特徴を有するものであって、Ｎ極の幅に対して
Ｓ極の幅を大きくしてもよい。

この場合は、永久磁石５のＮ極の幅が０＜Ｎ極の幅＜２
Ｗの範囲に設定される。

永久磁石５のＮ極とＳ極の幅を変える方法は、着磁コア
の磁極の幅をあらかじめ永久磁石５に磁化したい幅に設
定したもので実施でき、また異方性磁石の様に永久磁石
の製造段階で磁化工程がある場合は、その磁化工程の着
磁コアの磁極の幅を前述と同様にあらかじめ永久磁石５
に磁化したい幅に設定しておき、この着磁コアによって
永久磁石５を着磁すれば可能である。また、着磁コアと
永久磁石５との空隙を変える方法、あるいは着磁コイル
が発生する起磁力をコイルの巻数を変えたり、コイル抵
抗をかえたり、あるいはコイルの印加電圧を変えたりす
る等によってコントロールすることによっても、Ｎ極と
Ｓ極の幅は変更可能である。

本構成にすれば、永久磁石５の着磁幅（着磁角）がＮ極
とＳ極で異なっているが、磁石５のＮ極とＳ極の中心線
間距離は２Ｗであるため、回転作動を行うと従来モータ
と同じ作動を行う。

一方、停止時の無通電時においては、ステータコア１
５，１５′の磁極歯は単なる鉄爪になり、永久磁石５の
起磁力によってステータコア（１５，１５′）を含めた
磁気回路が成立して、ロータ４にディテントトルクが生
じるが、その場合、磁極歯はＮＳ極に対して２列配置し
てあるので、磁石５の磁数に対して、ステータコア１
５，１５′の磁極歯数は２倍となり、そのため永久磁石
５の１極に対しステータコア１５，１５′の磁極歯２ヶ
が吸引されるようになる。

このとき、永久磁石５の起磁力によりステータコア１
５，１５′の磁極歯２１，２２，２３，２４には第６図
に示すような磁極が誘起され（励磁コイル１７，１７′
はこのとき消勢されている）磁石５の１極（この場合は
Ｎ極）に対して、略直線状に重なる第１列側の磁極歯２
２および第２列側の磁極歯２４がともにＳ極に磁化され
て、この２ヶの歯２２，２４と磁石５のＮ極とが強力に
吸引し合い、強力な吸引状態を発生する。これにより、
第５図の従来構造、すなわち磁石５のＮ極に対して１ヶ
の磁極歯２４のみが安定した吸引関係となるものに比し
て、本発明構造の方が格段とディテントトルクが増加す
るのである。

従って、無通電時になる前の最終励磁相を、永久磁石５
の極とステータコアの歯とが強力につりあう第６図の如
き位置か、もしくは、その位置に隣接する位置の励磁相
にしておけば、ロータ４を確実にディテントトルクの大
きい位置で停止させることができる。

なお、上記実施例では、ロータ４の回転を軸８の直線運
動に変換する直線作動型で説明したが、回転型のモータ
を、ある一定の角度のみ回動作動させて停止させる場合
にも本発明の適用が可能である。

また、ステップ数を任意に取ることができるのは勿論で
ある。

〔発明の効果〕 以上述べたように本発明においては、励磁コイルが消勢
しているときのロータの保持力（ディテントトルク）の
強化を、永久磁石の磁極の幅を変更することにより達成
でき、励磁コイルの非通電時における静止状態を簡潔な
構造でもってより強力に維持できるという優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモータおよび本発明モータの説明に供す
るステップモータの一例を示す縦断面図、第２図および
第３図は第１図モータの励磁回路の模式結線図、第４図
は第１図モータの励磁コイルの付勢モードを示すタイム
チャート、第５図は従来のモータの磁極歯の配列を示す
模式図、第６図は本発明モータの一実施例における磁極
歯の配列を示す模式図である。 １，２……ハウジング，４……ロータ，５……永久磁
石，８……軸，１４……空隙，１５，１５′……ステー
タコア，１７，１７′……励磁コイル，２１，２２，２
３，２４……ステータコアの磁極歯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて
   成る筒状の永久磁石(5)を持ったロータ(4)と、 このロータ(4)を自身の内部に回転自在に保持するハウ
   ジング（１，２）と、 このハウジング（１，２）の内周壁と前記ロータ(4)の
   外周との間に設けられ、前記ロータ(4)の外周面の永久
   磁石(5)のＮ極又はＳ極に対し一定の空隙(14)を介して
   対向配置された多数の磁極歯（２１，２２，２３，２
   ４）を持つステータコア（１５，１５′）と、 このステータコア（１５，１５′）内に巻装され、前記
   磁極歯（２１，２２，２３，２４）を磁化させて前記ロ
   ータ(4)をステップ状に駆動する励磁コイル（１７，１
   ７′）とを備え、 かつ、前記ステータコア（１５，１５′）の磁極歯（２
   １，２２，２３，２４）は、前記ロータ(4)の永久磁石
   (5)の外周囲に第１列と第２列との２列に分かれて前記
   ロータ(4)を取り巻くように円周方向に配置されてお
   り、 前記ステータコア（１５，１５′）の各列を構成する前
   記磁極歯（２１，２２，２３，２４）は、前記ロータ
   (4)の円周方向において、隣接する磁極歯が互いに等間
   隔で配列されており、 更に前記永久磁石(5)のＮ極とＳ極の合計幅が前記隣接
   する磁極歯の中心線間の間隔（２Ｗ）の２倍（４Ｗ）に
   設定されているとともに、 前記永久磁石(5)のＮ極の幅が、 ２Ｗ＜Ｎ極の幅＜４Ｗ 又は０＜Ｎ極の幅＜２Ｗの範囲に設定されていることを
   特徴とするステップモータ。